装配式建筑 Builiding Industrialization 预制混凝土夹芯保温墙体不锈钢连接件研究进展 李亚胡翔姜伟庆张赛薛伟辰 （同济大学建筑工程系，上海200092） [摘要】预制湿凝土夹芯保温墙体将保温层置于内外叶混凝土板之间，并通过连接件形成 整体，是一种保温、装饰与承重一体化的墙体，应用前景十分广周，连接件是保证预制夹芯保温 墙体受力安全的关键部位.
目前工程中常用的连接件包括不锈钢连接件和纤维增强塑料（FRP） 连接件，与FRP连接件相比，不锈钢连接件具有良好的力学性能以及优良的耐久性能和抗火性 能，本文对国内外有关不锈钢连接件的研究进展进行了较为系统的综述，重点介绍了不锈钢连 接件的抗拔性能、抗剪性能，并介绍了预制夹芯保温墙体的平面外静力性能和热工性能研究成 果，同时介绍了国内外相关技术规范情况，最后对今后不锈钢连接件的研究工作做了展望.
[关键词]预制温凝土：夹芯保温培体：不锈钢连接件：抗拔性能：抗剪性能：平面外静力性 能：热工性能 1引信 种类的不同，预制混凝土夹芯保温墙体连接件主要 国家统计局数据是示，21世纪以来我国能源消 包括不锈钢连接件和纤维增强塑料（FRP）连接件 费总量逐年上升，2015年全年的能源消耗量达到 两类.
其中，不锈钢连接件具有良好的力学性能和 43亿吨标准煤，能耗总量居世界第一，单位GDP 隔热性能以及优良的耐久性能和耐高温性能，被广 的能源消耗量达到美国的3倍、日本的5倍.
节能 泛应用于预制夹芯保温墙体中.
减排已成为我国实现社会经济可持续发展的重 按儿何形状的不同，不锈钢连接件可分为桁架 要环节.
在当前我国社会总能耗中，建筑能耗超 式连接件、棒状连接件、板式连接件和异形截面连 过了30%.
建筑外墙的热损失占建筑总能耗的 接件（包括套简式、C型等）（见图1）-3.
目前，国 60%~70%以上，改善外墙节能水平对于降低建 内外已有研究主要针对桁架式和棒状连接件.
通常 筑能耗具有十分重要的意义.
不锈钢连接件的材料抗拉强度、抗剪强度和单个连 建筑外墙节能技术主要包括外墙内保温、外保 接件抗拔承载力均较高，在单个连接件的抗剪承 温和夹芯保温等三类.
其中，内保温技术将保温材 载力方面，桁架式连接件较高，棒状连接件的则相 料设置于墙体内侧，造价低廉、施工方便，但难以 避免冷（热）桥的产生，保温层易受室内装修破坏.
外保温技术将保温材料覆盖于外墙外侧，隔热效果 好，但对保温材料的耐久性和抗火性能要求高，且 保温材料易发生脱落带来安全隐患.
预制混凝土夹 （a）桁架式连接件 （b）棒状连接件 芯保温墙体是指将保温层置于内外叶混凝土板之 间、并通过连接件形成整体的预制墙体》.
该墙体 是一种保温与承重一体化的墙体，可实现保温体系 与主体结构同寿命，应用前景十分广阔.
按照材料 （e）板式连接件 （4）异形截面连接件 *上海市科委重大项目（14DZ.1208300）.
图1常见不锈钢连接件 50材革新与建筑节能2016.12
装配式建筑 Bullding Industriaization 对较低.
2.2不锈钢连接件抗剪性能 本文对不锈钢连接件及配不锈钢连接件预制 为揭示不锈钢连接件抗剪性能及作用机理，保 夹芯保温墙体的国内外研究进展进行了较为系统 证在外荷载作用下墙体的安全性，有必要开展不锈 的综述，重点介绍了不锈钢连接件的抗拔性能、抗 钢连接件的抗剪性能试验.
剪性能及预制夹芯保温墙体的平面外静力性能、热 本课题组开展了桁架式不锈钢连接件的抗剪 工性能，并介绍了国内外相关技术标准，同时提出 试验，结果表明：桁架式连接件剪切试件有两种 了今后开展相关研究工作的建议.
破坏形态，当剪力平行于连接件平面时，受压腹 2不锈钢连接件力学性能 杆屈服，随后受拉斜腹杆发生断裂，抗剪承载力在 17.9kN~29.5kN之间；当剪力垂直于连接件平面时， 在预制夹芯保温墙体中，连接件的主要作用是 受拉斜腹杆被拉断，抗剪承载力试验值为152.0kN 抵抗在风荷载和地震荷载作用下内、外叶混凝土板 -239.3kN（见图4）.
当设置垂直桁架方向的小连接 之间的分离作用以及在竖向荷载作用下混凝土板之 件时，小连接件受拉腹杆先被拉断或焊点脱开，而 间的水平剪力.
不锈钢连接件的受力性能直接影响 后墙体连接件被拉断.
保温层和小连接件均能提高 到墙体结构的安全与否.
试件的抗剪强度和刚度.
连接件抗剪承载力满足 2.1不锈钢连接件抗拔性能 工程要求，具有较大的安全储备.
风荷载和地震荷载作用下内、外叶混凝土板之 间会产生分离作用，连接件的抗拔性能直接影响到 墙体结构的安全与否.
本课题组测试了芬兰Peikko 公司研发的桁架式不锈钢连接件的抗拔性能，结 果表明：桁架式连接件拔出试件的最终破坏形态 为连接件腹杆拉断或弦杆与腹杆间焊点脱开（见图 爱压原杆旺服 2）；连接件具有较高的抗拔承载力，抗拨承载力试 验值为18kN~21kN.
受拉腹杆断裂 围4桁架式不锈钢连接件抗剪试验破坏形态 本课题组测试了棒状连接件的抗剪试验，结果 显示：剪切试件的最终破坏形态均为连接件从混凝 土中拔出（见图5）：带保温层时连接件剪切承载力 受拉腹杆拉新 焊点脱开 试验值的平均值为7.85kN，不带保温层时连接件剪 图2桁架式不锈钢连接件抗拔试验破坏形态 切承载力试验值的平均值为3.28kN.
Naito等人对C型不锈钢连接件抗剪性能进行了 此外，本课题组研 测试（见图6），结果表明：单个连接件抗剪承载 发了一种棒状不锈钢连 力在4.20kN~7.02kN之间，内、外叶板间最大滑移为 接件并对其开展了抗拔 试验.
试验结果显示：棒 状连接件均发生拔出破 坏，连接件无损伤（见 图3）；抗拔承载力试 验值在13.8kN~15.4kN 报出破坏 之间，连接件与混凝 土之间滑移为0.9mm~ 连接件领斜 连接件找出 4.2mm.
图3棒状不锈钢连接件 抗拔试验破坏形态 图5棒状不锈钢连接件抗剪试验破坏形态 2016.12墙材革新与建筑节能 51
装配式建筑 Bullding Industrilization 图7）.
研究结果表明：试件破坏时上层板混凝土 压碎，下层板混凝土出现较大的裂缝，钢筋屈服， 连接件受压腹杆弯曲，上下两层混凝板间发生错 动.
实测预制夹芯保温墙板的平面外抗弯承载力为 设计弯矩的2.73-3.85倍，在设计弯矩下的挠度为 4.2mm~5.5mm，小于国家标准GB500010-2010《混 凝土结构设计规范》规定的限值15mm.
（a)C型不锈钢连接件 （b）试件加载 4预制夹芯保温墙体热工性能 图6C型不锈钢连接件抗剪试验 墙体热工性能对建筑节能水平影响显著.
本 15.98mm~23.91mm 课题组对配桁架式不锈钢连接件，保温层采用挤 塑聚苯板（XPS）的预制混凝土夹芯保温墙体进 3预制夹芯保温墙体平面外静力性能 行了热工性能检测.
结果显示：50mm厚保温层预 在高层建筑中，风荷载和地震荷载的作用效应 制夹芯保温墙体的传热系数为0.522W/（m²K）； 成为影响结构安全性、舒适性的首要控制因素.
为 70mm厚保温层预制夹芯保温墙体的传热系数为 了揭示风荷载和地震荷载对墙体的作用机理，保证 0.371W/（m²K）.
实测墙体传热系数均低于国家 在风荷载和地震荷载作用下建筑结构的安全性，有 标准GB50189-2015《公共建筑节能设计标准》 必要开展预制混凝土夹芯保温墙体平面外静力试 和JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能 验来研究其性能.
目前，国外对配金属连接件预制 设计标准》的热工指标要求[传热系数不大于0.8W/ 夹芯保温墙板的平面外静力性能研究主要针对普 (m²-K)].
通钢连接件.
Bush和Stain测试了6片配桁架式钢连 5不锈钢连接件技术标准 接件预制夹芯保温墙体的平面外抗弯性能，结果 表明：当连接件平面平行于墙体轴向时，墙体具有 目前，国内外尚无针对不锈钢连接件的产品标 足够的承载力和抗弯刚度，试件均表现出良好 准，现有产品标准主要针对FRP连接件.
国际专业 的延性和变形能力.
为研究墙体平面外受弯时内外 评估机构美国ICC-ES协会于2006年和2007年先 叶墙板间的剪力传递机制，Pessiki和Mlynarczyk测 后颁布了AC320《锚固于混凝土中的纤维复合连接 试了4片配M型钢连接件的预制夹芯保温墙体平面 件验收标准》和ESR-1746《整体保温墙板使用的 外静力性能"，发现穿过保温层的混凝土对剪力传 THERMOMASSMC和MS纤维塑料连接件》.
同济 递的贡献高于钢连接件的作用以及培板与保温层间 大学正在编制的国家产品标准《预制保温墙体用纤 的粘结.
维增强塑料连接件》对FRP连接件的材料、尺寸规 本课题组开展了配桁架式不锈钢连接件的两 格、技术要求和试验方法、包装、运输、贮存等均提 端简支预制夹芯保温墙体的平面外抗弯试验（见 出了要求.
为规范预制夹芯保温墙体的工程 40 应用，美国PCI协会颁布的PCIDesign 06 Handbook（7th）介绍了预制混凝土夹芯 BS1 保温墙体的设计、制造、运输及安装技术 RS2 要求.
我国也颁布了针对预制夹芯保温 100 200 300 400 墙体的技术规程，同济大学主编的上海 跨中挑度（mm） 市DG/TJ08-2071-2010《装配整体式混 （a）试验加载 （b）荷载-提度曲线 凝土住宅体系设计规程》、DGJ08-2154- 图7配不锈销连接件预制夹芯保温墙体平害外静力试验 2014（装配整体式混凝土公共建筑设计规 52 墙材革新与建筑节能2016.12
装配式建筑 Bullding Industrialization 程）、DG/TJ08-2071-2016《装配整体式混凝土居住 参考文献： 住宅混凝土构件制作、施工及质量验收规程）等规23（2)：167-184 程中均包含了不锈钢连接件预制混凝土夹芯保温墙 [2]邮先成节能型外墙保湿隔热材料系统研制与应用[D]武汉理工大 体设计、构造及施工等方面的内容.
学，2006. 6结论与展望 [3]PCI Crmitee on Precast Concrete Sandwich Panels State of the art ud aps ao pd ud 目前，国内外针对不锈钢连接件的抗拔性能、 2011 56 (2) : 131176. 能和热工性能已开展了研究，并取得了初步成果.
[5]HALFEN. HALFEN Sandwich Panel Anchoers[R]. 2012. 总体面言，我国针对不锈钢连接件的研究还刚 [6]等伟展，胡翔，姜伟庆，相架整不锈钢连接件静力性能研究报告 [R] 2014. 刚起步，工程应用尚少，为了促进不锈钢连接件的 [7]薛伟服，胡翔，张赛，棒状不锈钢连接件静力性能研究报告[B] 推广应用，尚有以下研究工作函待开展： 2015. （1）考虑连接件滑移、桁架型连接件变形、棒 [8]Clay Naito John Hoemann Mark Beaeraft Bryan Bewick. 状连接件刚体转动以及保温层等因素的影响，提出 Performsnce and Charaeterization of Shear Ties for Use in Insulated 预制混凝土夹芯保温墙体承载力与挠度计算理论.
Precast Concrete Sandwich Wall Panele[J]. Journal of Structural （2）综合考虑承载力和变形要求，优化确定配 Engineering 2012 118 (1) : 5261. 置不锈钢连接预制夹芯保温外墙体的设计指标及 [9]Bush Stine. Flexural Behavior of Composite Precast Concrete Sundvich Panels with Ccetinusus Trums Conneetors[J] PCI Journal 其限值.
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2003 48 (2) : 5471. 天津首栋全装配式住宅封顶 在工程建设过程中，住宅集团联合天津大学、天 津城建大学，集中科研力量，对装配式建筑与传统现 本刊讯日前，天津市青新家园20号地荣悦园浇建筑绿色施工及综合成本进行分析研究，通过定 8号楼完成主体封顶，这是天津住宅集团打造的第一性定量统计，分析装配式建筑相对于传统现浇建筑 栋全装配式住宅建筑，是天津市预制装配率最高的在绿色施工及造价成本方面的优势与不足.
通过工程 住宅楼.
实践研究，装配式建筑与同等规模的传统现浇式住 双青新家园20号地（荣悦园）项目是天津住宅集宅相比，大大减少了施工现场木方、模板、钢管等原 团运用预制装配式工艺建造的保障性住房项目，预制材的使用及混凝土的浇注量，减少了施工中部分人力 装配率均在31%以上，被住建部批准立项为“装配式建投入，可有效降低噪声与PM2.5的产生，大大增加了 筑科技示范项目”.
其中8号楼采用全装配方式建造，绿色施工效益.
但是在目前体量小、标准化水平不足 预制装配率达65.7%，预制部位包括外墙、内墙、楼板、的情况下，根据预制装配率的不同，建造成本每平米 柔、楼梯、空调板、阳台板、预制排烟（气）道、预制护增加约5%~20%，随着标准化的进一步完善和规模化 栏、预制栏板等，涵盖预制构件种类，是住宅集团生产，装配式建筑建设成本将与传统现浇方式持平 发展装配式建筑的重要尝试.
或进一步降低.
2016.12墙材革新与建筑节能53
